[发明专利]一种多波束快速探测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及声纳和雷达技术，更具体地说，本发明涉及用于主动探测中的一种多波束快速扫描探测方法及装置。 

背景技术

在声纳和雷达领域，为获得目标的空间信息(方位角、俯仰角)，常使所发射的主动脉冲具有一定的空间指向性，即形成发射波束。每次脉冲对特定区域(由波束宽度决定)进行探测。为了覆盖整个探测空间，系统按照“预置波束—>发射脉冲—>接收回波—>指向下一波束”的流程重复，进行扫描。早期声纳或雷达通过换能器/天线结构设计和机械扫描来实现这一目的，现代声纳和雷达一般采用换能器/天线阵列相控的方法来形成发射波束，以电子方式进行扫描。对于采用发射波束扫描的系统来说，需要扫描遍历所有波束后才得到探测空间的完整信息，对目标信息进行一次更新。 

本领域技术人知道，发射波束越窄，得到的目标空间信息越精确，同时也更有利于回波检测，因为窄的发射波束所引起的混响/杂波强度更小。然而在现有的声纳/雷达探测中，在一个波束上发射脉冲信号后，需要等待进行回波接收，然后才能指向下一个波束发射脉冲信号，这是因为：1)现有的声纳/雷达系统在每个波束都发射相同的脉冲，如果当 前波束回波接收没有结束就向其它波束发射脉冲，就不能判断回波来自哪个波束；2)对于脉冲探测系统来说，发射主动脉冲期间接收机通常会因为直达波耦合而饱和，不能正常工作，如果在回波接收过程中发射主动脉冲，会丢失可能的目标回波。在每个波束上等待的时间由系统的最大探测距离决定：对于给定的探测距离d，在每个发射波束上都必须等待t＝2d/c的时间，其中c为声波/电磁波的速度。因此，虽然采用更多的波束、更窄的发射波束有利于提高探测性能，但却意味着扫描整个探测范围所需的时间更长。与此同时，人们总是希望系统能够尽可能快地更新信息，及时反映探测范围内的态势。这样，系统探测目标的精度与更新速度之间的需求就存在矛盾。由于声速很低，对于主动声纳探测来讲这一问题就更加突出，因此在声纳中多采用较宽的发射波束或者全向发射，同时在接收端作全波束形成的方法来获得方位信息。但是，采用宽的发射波束或者全向发射不利于提高发射源级，并且会带来较强的混响干扰，使得检测性能下降。 

由于现有技术的不足，就需要一种快速扫描方法和扫描装置。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多波束快速扫描方法及装置，以提高采用发射波束扫描的主动探测系统的信息更新速度。 

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案： 

在一次主动探测中向多个波束分别发射波形不同、互不相关(即波形具有小的互相关函数值，例如利用同阶的不同本原多项式m序列码对 相同载波调相产生的波形)的脉冲，接收端根据波形的不同来区分回波的方位，使得在一个脉冲周期内可以覆盖更大的探测区域，从而提高扫描速度。具体步骤如下： 

(1)根据在一个脉冲周期内需要覆盖的波束数目设计一组互不相关的波形； 

(2)根据在当前脉冲周期内所要覆盖的波束号对步骤(1)所生成的发射波形分别作预波束形成，得到要加载到换能器/天线阵元上的信号，将对应同一阵元的不同波形的预波束信号相加后加载到该阵元上进行发射； 

(3)接收脉冲回波，以各发射脉冲为复本对回波进行匹配处理，得到各波束指向上的目标信息； 

(4)重复步骤(2)—步骤(3)，在余下的波束中确定下一组波束并进行扫描，直到遍历所有波束指向为止。 

在上述技术方案中，所述步骤(1)中是按照码分或/和频分的方法生成波形不同、互不相关的脉冲。 

在上述技术方案中，进一步地，所述步骤(2)中，同一组内的不同波束互相位于其它波束的最小响应位置。 

在上述技术方案中，在步骤(2)中发射预波束形成是通过相控方法实现的。 

为了达到上述发明目的，本发明提出一种采用多波束快速扫描的主动探测装置，包括以下结构： 

主动探测发射端，包括一个波束选择器、预波束形成器、信号相加 器，由换能器/天线阵列以及与阵元数相对应的功率放大器组成的相控发射单元； 

主动探测接收端，包括接收换能器/天线阵列以及与阵元数相对应的前置放大器、波束形成器、回波信号检测器及显示单元； 

双工转换器，用于完成换能器/天线阵列发射/接收状态的隔离与转换； 

波束扫描同步器，用于同步选择发射端与接收端的扫描波束号。 

本发明能够达到如下技术效果：